EnDat接口数据传输协议.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.09M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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技术信息 EnDat 2.2－位置编码器的双向数字接口通过位置编码器获取位置值的数字驱动系统和反馈环需要编码器快速传输数据和高可靠性地传输。而且还必须提供一些附加信息，例如驱动系统相关参数，补偿表等。为使系统具有更高可靠性，编码器还必须具有错误检测和诊断功能。海德汉公司的EnDat数据接口是一种适用于编码器的双向数字接口。EnDat 2.2可传输绝对式或增量式编码器的位置值，也能传输或更新保存在编码器中的信息或保存新信息。由于采用串行数据传输方式，它只需要四条信号线。数据传输保持与后续电子设备时钟信号同步。传输的数据类型（位置值、参数或诊断信息等）通过后续电子设备发至编码器的模式指令选择。纯串行的EnDat 2.2接口也适用于高安全性应用。电源时钟 16 MHz 数据位置值，参数，原点平移，电子ID标签，诊断，报警... EnDat_en.indd 1 09.05.200

EnDat接口优点 EnDat接口为降低单轴系统成本50%提供所有所需条件，同时还能提升技术水准。最重要的优点有：降低成本： • 只需一个接口就能适用于所有绝对式和增量式编码器 • EnDat接收芯片和标准部件简化了后续电子设备 • 由于无需遥控传感信号，因此供电电源更简单也更经济 • 连接技术简单：采用标准连接件（M12， 8针），标准单屏蔽电缆并且电缆接线成本低 • 连接件小，因此适用于小型电机或减小系统尺寸 • 无需任何昂贵的附加传感分析功能和接线：EnDat 2.2发送附加信息（限位开关/ 温度/加速度） • 安装过程中配置速度快：通过编码器内的偏移值设置原点平移质量更高 • 通过特别优化的编码器设计，系统精度更高 • 床：编码器的位置值格式允许更短采样周期而且不影响CNC系统的计算时间轮廓加工精度高，特别是CNC数控机高可用性 • 自动配置系统轴：所有必要信息全部保存在编码器中（电子ID标签）。 • 纯数字数据传输系统可靠性高 • 诊断功能，后续电子电路处理监测信息和报警信息 • 数据传输可靠性高，具有冗余循环校验功能安全系统 • EnDat 2.2可应用于高安全性机床设计 • 两路独立位置信息用于错误检测 • 两路独立出错信息 • 校验和确认功能 • 后续电子设备具有强制动态采集出错信息功能和CRC数据格式支持先进机床设计原则 • 由于它分辨率高、周期时间短和提供换向信息，因此能满足直接驱动技术要求 • 整个“读写”的周期采样时间只有25 µs • 后续电子设备只需约10 µs的时间就能得到位置值后续电子设备简单，只需一片EnDat 2.2接收芯片连接技术简单，8芯单屏蔽电缆微型M12，8针连接件 DATA DATA CLOCK CLOCK 5 V UN UP *) UN *) * 用于并行电源线连接件，z.B. M12， D-sub 内置细分和位置值生成功能和温度测量功能无需远程传感的电源 (5 V ± 5%) 5 2

EnDat 2.2与2.1的兼容性扩展后的EnDat接口2.2版在通信、指令集和时间条件方面兼容上个版本2.1版，但优点更突出。例如它允许随位置值一起提供附加信息，而无需单独请求发送。接口协议得到进一步扩展，时间条件进一步优化，例如。 • 更高时钟频率（CLOCK）（16 MHz） • 更短计算时间（位置值获取时间不到5 µs） • 更短恢复时间（1.25至3.75 µs） • 更宽供电电压（3.6 V至5.25 V或编码器端 14 V） EnDat 2.2指令集（包括EnDat 2.1指令集） • 增量式和绝对式编码器的位置值 • 位置值附加信息 ◦ 诊断和测试值 ◦ 增量式编码器参考点回零后的绝对位置值 ◦ 发送和接收参数 ◦ 换向信号 ◦ 加速度 ◦ 限位信号 EnDat 2.1指令集绝对位置值发送和接收参数复位测试指令测试值 • • • • • 功能介绍 EnDat数据接口用确定的时序传输位置值或附加物理量和读取或写入编码器的存储器。 1. 位置值的传输可带也可不带附加信息。附加信息类型可通过“存储区选择” （MRS）码选择。其它功能，例如读写参数也可在选择存储区后执行。通过同步传输位置值，还能请求发送反馈环中轴的附加信息并用其执行功能。 2. 参数的读写操作可以单独执行，也可以与位置值一起执行。选择存储区后，可以读或写参数。 3. 复位功能用于发生故障时对编码器进行复位。复位可以在位置值传输期间或非传输期间执行。 4. 测试指令和值用于高安全性控制系统的强制动态采样。对出错信息进行反相处理以便监测是否生成出错信息。 . . . 3

数据传输后续电子设备的时钟脉冲（CLOCK）用于同步数据传输。不传输数据时，时钟信号为高电平。时钟频率与电缆长度关系如果无传输延迟时间补偿，时钟频率取决于电缆长度，频率可在100 kHz到2 MHz之间。由于电缆长和时钟频率高可能使信号传输时间延长到不能有效区分数据配置的程度，因此必须在测试运行中测量延迟时间并进行补偿。如果在后续电子设备中对传输延时进行补偿，时钟频率可提高到16 MHz，电缆长度最长可达100 m（fCLK ≤ 8 MHz）。最高时钟频率主要取决于所用电缆和连接件。为确保时钟频率在2 MHz以上时能正常工作，只能使用海德汉公司的原厂电缆。图中所示的允许时钟频率为时钟占空比为 1:1的情况。也就是说高电平和低电平的时间等长。其它占空比的理论时钟频率计算公式为fc = 1 2tmin 确定传输时间每次更换传输线硬件设备后，必须重新确定传输时间参数，最好每次开机后自动确定。后续电子设备给编码器发送模式指令“编码器传输无附加信息的位置值”。当编码器切换为传输状态后，即正好10个时钟周期后，后续电子设备中的计数器开始数每一个上升沿。后续电子设备测量最后一个时钟脉冲上升沿与起始位沿之间的差，将时钟频率 ] m [ 度长缆电 300 2 000 4 000 8 000 12 000 16 000 无延迟补偿有延迟补偿时钟频率 [kHz] 时钟占空比 t HI t L0 时钟其作为传输时间。消除计算传输时间过程中的不稳定因素，必须执行这个测量过程三次以上并测试测量值的一致性。用较低时钟频率测量信号传输时间（100 kHz至 200 kHz）。为达到足够高精度，位置值采样的内部频率必须是数据传输时钟频率的八倍以上。 2T 模式指令 2T 时钟频率100 kHz至200 kHz 模式 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 S F1 D D D D CRC CRC CRC CRC CRC S tD D F1 S = 开始，F1 = 出错，D = 数据 CRC D D D CRC CRC CRC CRC 给编码器的时钟脉冲频率编码器端的时钟脉冲频率编码器端数据后续电子设备端数据开始计数 4

选择传输类型传输的数据类型分为位置值，位置值及附加信息或参数。发送的信息类型由模式指令选择。模式指令决定被传输信息的类型。每个模式指令包括三个Bit。为确保信息发送可靠，每个Bit均采用冗余发送（反相或冗余）。如果编码器检测到不正确的模式传输，将发送一个出错信息。EnDat 2.2还能在传输位置值的同时在附加信息中传输参数值。因此它能保证当前位置值始终提供给控制环，甚至包括请求参数时。绝对式直线光栅尺计算位置值的时间tcal取决于发送的模式指令为EnDat 2.1还是 EnDat 2.2，两者计算时间不同（参见“N 数控机床用直线光栅尺”样本中“技术参数”）。如果需要为机床轴控制单元计算增量信号，应选用EnDat2.1模式指令。只有这种方式才能在请求发送位置值时同步发送出错信息。EnDat 2.1模式指令不能用于控制机床轴的纯串行位置值传输。 C 集令指 1 . 2 t a D n E 集令指 2 . 2 t a D n E 模式Bit M2 M1 M0 (M2) (M1) (M0) 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 编号模式指令 1 编码器发送位置值 2 选择存储区 3 编码器接收参数 4 编码器发送参数 5 编码器接收复位1) 6 编码器发送测试值 7 编码器接收测试指令 8 编码器发送位置值及附加信息 9 编码器发送位置值和接收存储区选择2) 10 编码器发送位置值并接收参数2) 11 编码器发送位置值和参数2) 12 编码器发送位置值并接收出错复位2) 13 编码器发送位置值和接收测试指令2) 14 编码器接收通信指令3) 1) 作用同电源开关关闭后再打开 2) 也发送所选附加信息 3) 预留给不支持安全系统的编码器 5

位置值数据包发送与数据传输同步。传输周期从第一个时钟下降沿开始。编码器保存测量值并计算位置值。两个时钟脉冲（2T）后，后续电子设备发送模式指令“Encoder transmit position value”（编码器传送位置值）（带或不带附加信息）。编码器成功计算绝对位置值（tcal－见表）后，从起始位开始由编码器向后续电子设备传输数据。后续“错误位”，“错误1” 和“错误2”（只适用于EnDat 2.2指令）是所有监测功能的信号，用于监测故障。这两个信号相互独立地生成，它表示编码器发生可导致不正确位置值的故障。发生故障的确切原因保存在“工作状态”存储器中，并可被详细地查询。然后编码器从最低有效位（LSB）开始发送绝对位置值。其长度取决于所用编码器。发送一个位置值所需的时钟脉冲数保存在编码器制造商参数中。位置值的数据发送以循环冗余校验（CRC）结束。EnDat 2.2在循环冗余检查后发送附加信息1和2，每个都以CRC结束。附加信息内容由存储区选择决定，并在下个采样周期中发送附加信息。然后每个采样周期都发送该信息直到选择新存储区改变内容为止。数据字结尾处，时钟信号必须置为高电平。10至30 µs后或1.25至3.75 µs（EnDat 2.2可用参数调整的恢复时间tm）后，数据线返回低电平。然后，时钟信号启动新的数据传输。数据延迟时间脉冲宽度 6 无附加信息的位置值数据包编码器保存位置值后续电子设备发送模式指令 tcal tm tR tST 时钟频率计算时间位置值参数恢复时间 S F1 F2 L M 模式指令位置值 CRC S = 开始，F1 = 错误1，F2 = 错误2，L = LSB，M = MSB 图中未显示传输延迟补偿 fc tcal tac tm tR tST tD tHI tLO 无延迟补偿有延迟补偿 100 kHz ... 2 MHz 100 kHz ... 16 MHz EnDat 2.2编码器的典型值：≤ 5 µs 最长12 ms EnDat 2.1：10至30 µs EnDat 2.2：10至30 µs或1.25至3.75 µs（fc ≥ 1 MHz）（可用参数调整）最大500 ns – 2至10 µs （0.2 + 0.01 x 电缆长度，单位为m） µs 0.2至10 µs 0.2至50 ms 至30 µs（LC）电平由高转为低的脉冲宽度变化最大10%

包括位置值和附件信息1和2的数据包编码器保存位置值后续电子设备发送模式指令 tcal tST tm tR S F1 F2 L M 模式指令位置值 CRC 附加信息2 CRC 附加信息1 CRC S = 开始，F1 = 错误1，F2 = 错误2，L = LSB，M = MSB 图中未显示传输延迟补偿发送位置值及附加信息的典型指令顺序：后续电子设备发送编码器发送编码器发送位置值并接收存储区选择（选择所需附加信息）编码器发送位置值并接收存储区选择（确认 MRS码）编码器发送位置值及附加信息（确认）位置值位置值模式指令 001 001 模式指令 001 001 模式指令 111 000 后续电子设备发送 MRS随机内容 ▲ ▲ 01000111 确认请求发送 MRS码随机内容随机内容位置值 ▲ 附加信息1 MRS确认数据包内容错误信息1和2 EnDat接口可以对编码器进行全面监测无需附加传输线。发生可能导致不正确位置值的编码器故障时，立即发出出错信息。同时，错误原因保存在编码器中。可能的错误包括： • 光源故障 • 信号幅值太低 • 位置值计算错误 • 供电电压太高或太低 • 电流消耗太大为安全起见，必须独立生成第二个错误检测信息。错误信息2用反相电平发送。位置值位置值以一个完整数据字形式传输，其长度取决于编码器分辨率。数据发送从最低有效位（LSB）开始（第一个LSB）。附加信息根据发送类型，可以随位置值发送一个或两个附加信息（用MRS码选择）。每条附加信息长度为30 bit并以低电平位开始。每条附加信息均以CRC结束，这个CRC由相应无第一个Bit或CRC的附加信息构成。相应编码器支持的附加信息保存在编码器参数中。附加信息包括状态信息、地址和数据。 30 bits 附加信息 5 bits CRC WRN RM Busy 信息（内容） 8 bit地址或数据 +8 bit数据 EnDat_en.indd 7 . 7 09.05.2008 10:19:5 ▲ ▲

状态数据 WRN–警告这个集合位用于表示编码器是否达到或超过某公差范围，例如转速或光源控制冗余度，不一定代表位置值不正确。这是一个预防性警告功能，用于最大限度缩短非工作时间。报警的原因保存在编码器存储器中。相应编码器支持的报警和警告信号保存在“编码器制造商参数”存储区中。 RM–参考点 RM位表示是否已执行参考点回零操作。增量式系统只有执行参考点回零才能建立相对机床参考系统的绝对位置。然后可以从附加信息1中读取绝对位置值。绝对式编码器的RM位始终保持高电平。 Busy–参数请求低电平时，Busy位表示可以请求发送参数（读取/写入）。如果正在处理一项请求（高电平），将不允许访问编码器存储器。附加信息内容附加信息内容由模式指令选择的存储区决定。每个时钟脉冲将发送更新的内容直到有新请求时。其内容可以是：附加信息1 • 诊断有关编码器功能的周期性信息和附加诊断值。 • 位置值增量式编码器：相对位置信息（开机时计数器由零开始）。只有执行了参考点回零才能提供绝对位置值（RM位为高电平）。绝对式编码器：高安全性应用所需的第二个绝对位置值。 • 存储参数保存在编码器内的参数可随位置值一起发送。请求发送信号用存储区选择定义，然后用相应地址输出参数。 • MRS码–确认确认请求发送的存储区选择 • 测试值测试值用于检测，例如维修诊断。 • 温度用编码器的温度传感器信号处理功能发送编码器内温度信号。 • 附加传感器 EnDat 2.2协议支持连接16个附加传感器（4 Bit地址）。每个请求发送，传感器值增加x+1。相应传感器由所提供的地址标识。附加信息2 • 换向信号增量式编码器提供电机换向信号的“大致”位置信息。 • 加速度如果编码器有加速度测量的附加传感器，它可以传输加速度值。 • 限位信号限位信号和原位信息。 • 异步位置值两个“正常”请求发送之间重复采样的位置值。 • 工作状态错误源有关当前出错信息的详细信息。选择附加信息的MRS码附加信息1 附加信息2 8 EnDat_en.indd 8 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 . . 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . . 1 0 发送附加信息1，无数据内容（NOP） 1 发送诊断信息 0 发送位置值2字1 LSB 1 发送位置值2字2 0 发送位置值2字3 MSB 1 确认存储内容 LSB 0 确认存储内容 MSB 1 确认MRS码 0 确认测试指令 1 发送测试值字1 LSB 0 传输测试值字2 1 发送测试值字3 MSB 0 发送温度1 1 发送温度2 0 附加传感器 1 不发送其它附加信息1 0 发送附加信息2，无数据内容（NOP） 1 发送换向信号 0 发送加速度 1 发送换向和加速度 0 发送限位信号 1 发送限位信号和加速度 0 异步位置值字1 LSB 1 异步位置值字2 0 异步位置值字3 MSB 1 工作状态错误源 . . 1 不发送其它附加信息2 （现在未用） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . . 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 . . 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 . . 1 09.05.2008 10:19:54

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